Дослідницька група з Єнського університету розробила невелику оптичну лінзу розміром лише кілька міліметрів, заломлення якої змінюється в присутності газу. Як повідомили дослідники в журналі Nature Communications, така «розумна» поведінка мікролінзи забезпечується гібридним скляним матеріалом, з якого вона виготовлена. Молекулярна структура лінзи складається з тривимірної решітки з порожнинами, які можуть вміщувати молекули газу, тим самим впливаючи на оптичні властивості матеріалу.
Мультичутливі окуляри
«За підтримки Фонду Carl Zeiss ми розробляємо так звані багаточутливі матеріали», — пояснює Лотар Вондрачек, професор хімії скла в Єнському університеті.
«У випадку гібридної скляної лінзи це означає, що вона заломлює світло більш або менш сильно залежно від того, чи поглинається газ матеріалом лінзи». Завдання полягало в тому, щоб перенести класичні методи склоформування на ці спеціальні матеріали.
«Металоорганічні каркаси, які ми тут використали, досліджуються та розробляються як матеріали для зберігання або розділення газу», — каже Вондрачек.
Докторант і провідний автор публікації Оксана Смирнова додає: «Однак більшість цих речовин розкладаються при нагріванні, і тому їх дуже важко утворити».
Разом із доктором Олександром Кнебелем, молодшим керівником дослідницької групи на кафедрі хімії скла, дослідники з Єни спочатку повинні були розробити відповідний процес синтезу для високочистих матеріалів. Потім вони повинні були визначити оптимальні умови, за яких матеріал може бути сформований.
«Ми розплавляємо матеріал, а потім переносимо його в 3D-друковану форму, де він пресується. Цей процес дозволяє вибрати практично будь-яку бажану форму», — пояснює хімік. «Ми навмисно обрали форму лінзи, тому що навіть найменші домішки помітні в лінзі, оскільки вони безпосередньо впливають на оптичні властивості».
Різноманітність формування
Цей новий процес тепер принципово дозволяє створювати широкий спектр форм і геометрій, виходячи за межі конкретного застосування як мікролінзи, пояснює Вондрачек. «Оскільки ці багаточутливі матеріали реагують на кілька впливів одночасно, їх можна використовувати, наприклад, для логічних схем.
«Це, зокрема, означає, що для спостережуваної реакції пов’язані дві умови. Якщо промінь світла потрапляє на лінзу і газ одночасно поглинається матеріалом лінзи, то світло заломлюється певним чином, забезпечуючи комбінований зворотний зв’язок».
Мембрани для розділення газу, оптичні властивості яких змінюються, коли присутні молекули газу, також можливі. Такі оптичні компоненти можуть бути використані в сенсорній технології, роблячи методи вимірювання більш ефективними, економними та «інтелектуальними».